Здійснено прорив у моделюванні поведінки квантових частинок

Нові дослідження в галузі квантової теорії, що проводяться вченими в Школі фізики Університету Сент-Ендрюса, можуть трансформувати те, як вчені прогнозують поведінку квантових частинок.

Квантова теорія є наріжним каменем сучасної фізики, пояснюючи поведінку ізольованих частинок, подібно електронам, які обертаються навколо атомів. Вона показує, що квантові частинки мають великий потенціал для додатків, таких як потужні квантові комп'ютери, здатні вирішувати складні завдання набагато швидше, ніж звичайні комп'ютери.

В останні роки можливість використання станів квантових частинок для зберігання інформації стала реальністю в лабораторіях. Це призвело до розробки квантових процесорів, що складаються з декількох квантових біт, «кубітів» - частинок, які зберігають конкретний квантовий стан.

На відміну від битів на звичайних комп'ютерах, які можуть бути або нулем, або одиницею, кубіт може перебувати в «суперпозиції» нуля і одиниці в один і той же час. Якщо обчислення можуть бути виконані на цій суперпозиції, це дозволяє вирішити різні проблеми, набагато швидше, ніж на звичайних комп'ютерах.

Нове дослідження, опубліковане в Nature Communications, в якому основна увага приділяється поведінці окремих кубітів, відкриває можливість більш точного моделювання наступного покоління квантових процесорів і може дозволити нове розуміння квантової механіки і розвиток потужних квантових комп'ютерів.

Дослідження, проведене фізиками-теоретиками, доктором Брендоном Ловеттом і Джонатаном Кілінгом, зазначило, що, якщо реальні кубіти вели б себе так само, як кубіти з підручників, то прагнення побудувати квантовий комп'ютер реалізувалося б порівняно легко. Однак, на відміну від моделей кубітів у підручниках, реальні кубіти ніколи не є дійсно ізольованими, вони безперервно взаємодіють з величезною кількістю інших частинок у світі.

Це означає, що спроба створити математичну модель поведінки кубіта дуже складна, оскільки тепер нам також потрібно стежити за тим, що робить і решта світу. Для цього явно потрібен обсяг інформації, який не може бути збережений, навіть на найбільших комп'ютерах, які у нас є. Щоб уникнути цього, часто використовуються прості моделі взаємодії між окремими кубітами та іншим світом, але вони можуть пропустити важливі критичні ефекти.

"Наші дослідження знайшли новаторський новий спосіб зберігання найбільш релевантної частини інформації, що дозволяє точно описати поведінку кубіту навіть на звичайному ноутбуці. Ця робота не тільки відкриває можливості більш точного моделювання наступного покоління квантових процесорів, але може дати нам абсолютно нове уявлення про те, як працює квантова механіка "- кажуть дослідники.